污水 —— 一種隱藏能源的來(lái)源

當(dāng)我們討論能源使用和環(huán)境保護(hù)時(shí)，污水處理是一個(gè)大家都會(huì)關(guān)注的話題。市政污水處理需要消耗大量的能源–但在歐洲能源消耗總量中的占比卻不到1%。您是否知道城市污水中也含有大量的能源？如今，這其中一些能源通過(guò)生化處理工藝被轉(zhuǎn)化為沼氣。來(lái)自瑞典的新研究表明，通過(guò)有針對(duì)性的化學(xué)品處理，即所謂的預(yù)沉淀，將有可能從中提取更多的能源。預(yù)沉淀法發(fā)現(xiàn)了一種新的生物能源，同時(shí)可將污水處理廠的碳足跡減少達(dá)30%。

究竟是污水還是能源-取決于您的觀點(diǎn)

我們每個(gè)人都參與制造了城市的日常污水排放。這些污水通常來(lái)自廚房或浴室、沖廁所的水，甚至是流經(jīng)房屋雨水的混合物。它們會(huì)通過(guò)地下排污系統(tǒng)，流向當(dāng)?shù)氐氖姓�污水處理廠。對(duì)我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，只要把污水沖走，問(wèn)題就解決了，不需要的垃圾就從眼前消失不見(jiàn)。

但對(duì)于不同人而言，某些無(wú)用的垃圾很可能是另一個(gè)人眼中寶貴的財(cái)富。對(duì)于污水亦是如此。的確，在想到臭味難忍的污水時(shí)，我們通常無(wú)法想到令人垂涎的原料，但這值得進(jìn)一步再觀察，污水中蘊(yùn)藏的有機(jī)物其實(shí)是豐富的能源。

細(xì)菌能夠發(fā)揮作用，但需要代價(jià)

大多數(shù)現(xiàn)代污水處理是所謂的“活性污泥工藝”，其中的細(xì)菌能夠幫助凈化污水。這種工藝模仿了水體的自然凈化過(guò)程，只是設(shè)計(jì)得更加緊湊高效，且技術(shù)含量更高。

人類(lèi)的排泄物是污水中自然存在的各種細(xì)菌喜歡的食物。細(xì)菌以污染物為食，這些污染物通常由有機(jī)物質(zhì)和氮、磷等特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成。上述物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)被細(xì)菌吸收，并轉(zhuǎn)化為無(wú)害的殘留物。最后只會(huì)剩下三樣?xùn)|西：新菌群、氮?dú)夂投�氧化碳�?/p>

而要順利完成整個(gè)過(guò)程，細(xì)菌只是需要花點(diǎn)時(shí)間來(lái)呼吸空氣。但恰恰是這種曝氣工藝，使得活性污泥工藝需要耗費(fèi)巨大的能源。通常情況下，在污水處理廠消耗的總能源中，有一半以上會(huì)用于曝氣工藝。

為了提高整體效率，污水廠會(huì)嘗試在污水處理工藝的最后一段捕捉一些能源。在許多情況下，多余的菌群在密閉的發(fā)酵罐中進(jìn)行處理，以生產(chǎn)沼氣（甲烷）作為能源。不過(guò)，之前被細(xì)菌分解到空氣中的二氧化碳還是無(wú)可挽回地流失了。整個(gè)工藝乍看起來(lái)是成功的，其實(shí)在資源利用上并不是最優(yōu)設(shè)計(jì)。

“生物”并不等同于可持續(xù)發(fā)展

用細(xì)菌處理污水在世界各地都很常見(jiàn)，因?yàn)樗�是一種“生物”手段，所以人們普遍認(rèn)為這是一種可持續(xù)的措施。但要正確評(píng)估一個(gè)工藝的可持續(xù)性，就不能忽視能源消耗。

這就是為什么瑞典環(huán)境研究所（IVL）研究人員會(huì)針對(duì)不同的污水處理工藝，進(jìn)行了詳細(xì)生命周期評(píng)估（LCA）比較的原因。通過(guò)數(shù)字映射的幫助，模型分析評(píng)估了每個(gè)工藝中所消耗的能源，以及對(duì)氣候變化的潛在影響。他們的研究包括純生物工藝以及由預(yù)沉淀（一種有針對(duì)性的化學(xué)處理方法）輔助的生物工藝。研究人員得出了一個(gè)有趣的結(jié)論：純生物污水處理助推全球變暖的潛力明顯更高。如果考慮到能源消耗和生產(chǎn)，采用預(yù)沉淀的污水處理更具可持續(xù)性。

IVL集團(tuán)經(jīng)理Magnus Rahmberg解釋說(shuō)：“通過(guò)最近在對(duì)各種污水處理技術(shù)評(píng)估進(jìn)行的LCA研究，我們能夠確定，用含鐵或含鋁的化學(xué)品進(jìn)行化學(xué)預(yù)沉淀后，整個(gè)清潔過(guò)程中消耗的能源總體較少。此外，這種方法還能多產(chǎn)生35%的沼氣�！�

他補(bǔ)充道：“綜合來(lái)看，這兩種效果確保了與純生物污水處理等方法相比，使用化學(xué)品預(yù)沉淀法處理污水可以更節(jié)能，且造成全球變暖的可能性更小”。

工作原理：這是一個(gè)“能源回收階段”

在化學(xué)品預(yù)沉淀中，磷和最細(xì)小的有機(jī)顆粒會(huì)被含有鐵或鋁的特殊污水處理化學(xué)品所捕獲�；瘜W(xué)反應(yīng)將部分富含能量的有機(jī)物分離出來(lái)（在其被細(xì)菌全部吃掉之前），直接送入發(fā)酵罐。這就是所謂的能源回收階段，它在兩個(gè)方面使該流程更加節(jié)能。首先，它生成了更多的沼氣，因此可以產(chǎn)生更多的電力。其次，它減少了整個(gè)處理過(guò)程中曝氣所需的能源。

換句話說(shuō)，化學(xué)品預(yù)沉淀具有決定性的能源優(yōu)勢(shì)。當(dāng)談到污水處理和能源效率時(shí)，這是具有顛覆意義的改變。過(guò)去只需要清理的污水和廢物，現(xiàn)在已經(jīng)成為更可持續(xù)發(fā)展過(guò)程的一部分，并使得我們的水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能源流動(dòng)起來(lái)。顯然，在現(xiàn)代污水處理廠中引入能源回收工藝，對(duì)人類(lèi)和地球都大有裨益。

責(zé)任編輯：任九